结构推理
设有一个I型系统,其原有部分的开环传递函数为
要求校正后系统的性能指标,,(2%误差带)。试设计串联校正装置。
【正确答案】解:(1)由给定的指标及相应的计算公式可解出对应于,,的阻尼比和无阻尼自然振荡频率为相应的期望闭环主导极点为
(2)绘制未校正系统的根轨迹如图(a)所示。再在图(b)中标出期望闭环主导极点。可见不在根轨迹上。即不论如何调整开环增益K,也不能使未校正系统的闭环极点位于点以满足性能指标的要求。
(3)图(a)中可见,根轨迹位于期望闭环主导极点的右侧,可考虑引人串联超前校正。超前校正网络的超前角为
的计算如图(b)所示。
图(a) 未校正系统的根轨迹图
从图(b)中可以看出,开环极点之一位于期望闭环主导极点垂线下的负实轴上(p=-1),如令校正装置的零点置于靠近它的左面,如选,则有利于确保的主导作用(后面还将验证)。
根据串联超前校正传递函数的一般形式
可有
又由,经作图,可得。至此
可得超前校正网络的传递函数为
(4)引入串联超前校正后,系统的开环传递函数变为
其根轨迹如图(c)所示。
图(c)校正后系统的根轨迹
将代入新的根轨迹方程的幅值条件,可得点对应的K值为
即经校正后,系统的闭环传递函数为
此时系统有4个闭环极点,分别为:
。其中与闭环零点构成一偶极子,对动态过程 的影响可以忽略;与的实部相差6倍以上,根据主导极点的概念,也可以忽略。由此可见,是主导极点,这与前面的假设是相吻合的。
【答案解析】